СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КЛАПАНА (ВАРИАНТЫ), УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ ВО ВРЕМЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КЛАПАНА (ВАРИАНТЫ) И УСТАНОВКА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ КЛАПАН Российский патент 2008 года по МПК F16K31/00 F27D17/00 

Предпосылки к созданию изобретения

Регенеративные термические окислительные установки обычно используют для разложения летучих органических соединений (VOC) в мощных, обладающих низкой концентрацией выбросах промышленных предприятий и электростанций. Такие окислительные установки обычно требуют высоких температур окисления для достижения глубокого разложения VOC. С целью достижения высокой эффективности утилизации тепла «грязный» технологический газ, предназначенный для обработки, предварительно нагревают перед окислением. Обычно для предварительного нагрева этих газов применяют теплообменную колонну. Обычно колонна имеет насадку из теплообменного материала, обладающего хорошей тепловой и механической стабильностью и достаточной термической массой. В процессе работы технологический газ пропускают через предварительно нагретую теплообменную колонну, которая в свою очередь нагревает технологический газ до температуры, приближающейся или достигающей температуры окисления его VOC. Этот предварительно нагретый технологический газ направляют затем в зону сжигания, где любое неполное окисление VOC обычно завершается. Обработанный теперь «чистый» газ теперь направляется из зоны сжигания и вновь пропускается через теплообменную колонну или через вторую теплообменную колонну. По мере того как горячий окисленный газ пропускается через эту колонну, газ передает свое тепло теплообменной среде в этой колонне с охлаждением газа и предварительным нагревом теплообменной среды, так что можно подвергнуть предварительному нагреву другую порцию технологического газа перед ее окислительной обработкой. Регенеративные термические окислительные установки часто содержат по меньшей мере две теплообменные колонны, которые поочередно принимают технологические и переработанные газы. Этот процесс осуществляется непрерывно, позволяя эффективно перерабатывать большие объемы технологического газа.

Функционирование регенеративной окислительной установки можно оптимизировать путем повышения эффективности разложения VOC и путем снижения эксплуатационных и капитальных затрат. Искусство повышения эффективности разложения VOC рассматривается в литературе и предусматривает, например, использование таких средств, как усовершенствованные системы окисления и системы очистки (например, камер улавливания) и трех и более теплообменников для обращения с необработанным объемом газа в окислительной установке во время переключения. Эксплуатационные затраты могут быть снижены за счет повышения эффективности утилизации тепла и за счет снижения перепада давления на окислительной установке. Эксплуатационные и капитальные затраты можно снизить за счет должной конструкции окислительной установки и за счет выбора подходящего материала для теплообменной насадки.

Важным элементом эффективной окислительной установки является клапанная система, применяемая для переключения потока технологического газа с одной теплообменной колонны на другую. Любая утечка необработанного технологического газа через клапанную систему снизит эффективность устройства. Кроме того, при переключении клапана могут быть вызваны нарушения и колебания давления и/или расхода в системе, что нежелательно. Проблемы создает также износ клапана, в особенности, если учитывать высокую частоту переключения клапана при использовании регенеративной окислительной установки. Очевидно нежелательным является частый ремонт или замена клапана.

В обычной конструкции с двумя колоннами используют два тарельчатых клапана, один из которых связан с первой теплообменной колонной, а другой - со второй теплообменной колонной. Хотя тарельчатые клапаны демонстрируют быстрое срабатывание, при переключении клапанов во время цикла неизбежно происходит утечка необработанного технологического газа через клапаны. Например, в двухкамерной окислительной установке во время цикла существует момент, в который и впускной клапан (клапаны) и выпускной клапан (клапаны) частично открыты. В этот момент не существует сопротивления потоку технологического газа, и этот поток идет непосредственно от входа к выходу, не подвергаясь обработке. Поскольку с клапанной системой связана система труб, объем необработанного газа, находящийся как в корпусе тарельчатого клапана, так и в соответствующих трубах, представляет собой потенциальный объем утечки. Поскольку утечка необработанного технологического газа через клапаны допускает выброс газа из устройства необработанным, такая утечка приведет к значительному снижению эффективности устройства по разложению. Кроме того, обычные конструкции клапана ведут к скачку давления при переключении, что усиливает эту возможность утечки.

В течение последних десяти лет в регенеративных термических и каталитических окислительных установках для того чтобы направлять поток, используют клапаны роторного типа. Эти клапаны работают или непрерывно, или цифровым (стоп/пуск) образом. Для того чтобы обеспечить качественное уплотнение, применяются механизмы для поддержания постоянного усилия между неподвижными компонентами клапана и вращающимися компонентами клапана. К этим механизмам относятся пружины, воздушные мембраны и цилиндры. Однако часто происходит излишний износ различных компонентов клапана.

Поэтому было бы желательно предложить клапан и клапанную систему, в особенности для использования в регенеративной термической окислительной установке, и регенеративную термическую окислительную установку, имеющую такой клапан и систему, которые обеспечивают должное уплотнение и уменьшают или исключают износ.

Было бы также желательно предложить клапан и клапанную систему, в которых можно точно контролировать давление уплотнения.

Сущность изобретения

Проблемы предшествующих технических решений преодолеваются настоящим изобретением, которое предлагает подъемную систему для переключающего клапана, переключающий клапан и регенеративную термическую окислительную установку, включающую подъемную систему и переключающий клапан. Клапан согласно настоящему изобретению демонстрирует превосходные герметизирующие характеристики и сводит к минимуму износ. Подъемная система помогает клапану вращаться с минимальным трением и обеспечивает плотное уплотнение в стационарном положении. В предпочтительном варианте реализации усилие уплотнения, с которым клапан воздействует на седло клапана, уменьшается во время переключения с целью уменьшения давления контакта между движущими компонентами и неподвижными компонентами, в результате чего уменьшается крутящий момент, требующийся для движения клапана.

При использовании с регенеративной термической окислительной установкой клапан предпочтительно имеет уплотнительную пластину, которая ограничивает две камеры, каждая из которых является каналом, ведущим к одному из двух регенеративных слоев окислительной установки. Клапан включает также переключающий распределитель потока, который обеспечивает чередующееся канализирование входящего и отходящего технологического газа к каждой половине уплотнительной пластины. Клапан работает в двух режимах: в стационарном режиме и режиме движения клапана. В стационарном режиме плотное газонепроницаемое уплотнение используется для того, чтобы свести к минимуму или предотвратить утечку газа. В соответствии с настоящим изобретением во время движения клапана давление уплотнения уменьшается или устраняется или же прилагается противодавление или усилие противодействия с целью облегчить движение клапана и уменьшить или устранить износ. Величина прикладываемого усилия уплотнения может точно контролироваться в зависимости от характеристик процесса так, чтобы эффективно уплотнить клапан.

Более конкретно в соответствии с заявленным изобретением предложен способ перемещения клапана из первого стационарного положения во второе стационарное положение, содержащий:

обеспечение клапана и седла клапана, при этом клапан приспособлен для уплотнения относительно седла клапана;

уплотнение клапана относительно седла клапана путем приложения усилия для смещения клапана в направлении седла клапана, когда клапан находится в первом стационарном положении;

снижение действия указанного усилия в степени, достаточной для нарушения указанного уплотнения;

перемещение клапана во второе стационарное положение;

возобновление действия усилия для уплотнения клапана относительно седла клапана, когда клапан находится во втором стационарном положении.

Предпочтительно действие указанного усилия снижается за счет приложения к клапану усилия противодействия.

Предпочтительно указанное усилие и указанное усилие противодействия прикладывают посредством сжатого воздуха.

Предпочтительно седло клапана имеет кольцевой паз, при этом усилие противодействия прикладывают путем подачи сжатого воздуха в указанный паз.

Предпочтительно указанное усилие прикладывают с помощью электромагнита, притягивающего клапан к седлу клапана, при этом действие усилия снижают путем обесточивания электромагнита.

Также предложено устройство для снижения трения во время перемещения клапана, содержащее распределитель потока; седло клапана; привод, связанный с распределителем потока и предназначенный для перемещения распределителя потока из первого стационарного положения во второе стационарное положение; источник сжатого газа, который сообщается с распределителем потока; первый регулятор, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под первым давлением, достаточным для уплотнения распределителя потока относительно седла клапана, когда распределитель потока находится или в первом, или во втором стационарном положении; и второй регулятор, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под вторым давлением, меньшим, чем первое давление, когда распределитель потока перемещается между первым и вторым стационарными положениями.

Предпочтительно устройство содержит также соленоид, связанный с первым и вторым регуляторами для того, чтобы определять в чередовании, который из регуляторов подает указанный сжатый газ в распределитель потока.

Предпочтительно устройство содержит также клапан аварийного сброса для избирательного предотвращения поступления указанного потока сжатого воздуха в распределитель потока.

Предпочтительно привод содержит полый приводной вал, при этом сжатый воздух подается в распределитель потока через полый приводной вал.

Предпочтительно распределитель потока содержит верхнюю поверхность, имеющую несколько отверстий, при этом уплотнение образуется сжатым воздухом, вытекающим из этих отверстий и создающим воздушную подушку между верхней поверхностью и седлом клапана.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предложен способ перемещения клапана из первого стационарного положения во второе стационарное положение, содержащий обеспечение клапана и седла клапана, при этом клапан приспособлен для уплотнения относительно седла клапана; обеспечение подачи сжатого газа; смещение клапана в направлении седла клапана для уплотнения клапана, когда клапан находится в первом стационарном положении, путем подачи к клапану сжатого газа под первым давлением, достаточным для создания указанного уплотнения; нарушение уплотнения путем подачи сжатого газа в клапан под вторым давлением, меньшим, чем первое давление; перемещение клапана во второе стационарное положение; и смещение клапана в направлении седла клапана для уплотнения клапана, когда клапан находится во втором стационарном положении, путем подачи к клапану сжатого газа под третьим давлением, достаточным для создания уплотнения.

Предпочтительно первое и третье давление являются приблизительно одинаковыми.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения предложено устройство для снижения трения во время перемещения клапана, содержащее распределитель потока; седло клапана; привод, связанный с распределителем потока и предназначенный для перемещения распределителя потока из первого стационарного положения во второе стационарное положение; источник сжатого газа, который сообщается с распределителем потока; регулятор давления, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под первым давлением, достаточным для уплотнения распределителя потока относительно седла клапана, когда распределитель потока находится или в первом, или во втором стационарном положении, и для подачи сжатого газа в распределитель потока под вторым давлением, меньшим, чем первое давление, когда распределитель потока перемещается между первым и вторым стационарными положениями.

Также предложена регенеративная термическая окислительная установка для переработки газа, содержащая зону сгорания; вытяжку; первый теплообменный слой, содержащий теплообменную среду и сообщающийся с зоной сгорания и с вытяжкой; второй теплообменный слой, содержащий теплообменную среду и сообщающийся с зоной сгорания и с вытяжкой; по меньшей мере один клапан, предназначенный для переключения между первым стационарным режимом, пропускающим поток газа в первый теплообменный слой, режимом перемещения и вторым стационарным режимом, пропускающим поток газа во второй теплообменный слой, причем клапан содержит привод клапана и седло клапана; средство для уплотнения клапана относительно седла клапана, когда клапан находится в первом или втором стационарных режимах; и средство для разуплотнения клапана, когда клапан находится в режиме перемещения.

Предпочтительно клапан является тарельчатым клапаном

Предпочтительно установка содержит также по меньшей мере один клапан напорного трубопровода, предназначенный для контроля потока уплотняющего газа к уплотняющей поверхности раздела на основе положения тарельчатого клапана.

В другом предпочтительном варианте клапан является дроссельным клапаном.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет перспективный вид регенеративной термической окислительной установкой согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.2 - перспективный вид с разделением на детали части регенеративной термической окислительной установки согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.3 - перспективный вид снизу портов клапана, образующих часть клапана, подходящую для использования в настоящем изобретении;

Фиг.4 - перспективный вид образующей распределитель потока части переключающего клапана, предназначенный для использования в настоящем изобретении;

Фиг.4А - вид в разрезе распределителя потока по фиг.4;

Фиг.5 - перспективный вид части распределителя потока по фиг.4;

Фиг.6 - вид сверху уплотнительной пластины клапана, подходящего для использования в настоящем изобретении;

Фиг.6А - вид в разрезе участка уплотнительной пластины с фиг.6;

Фиг.7 - перспективный вид вала распределителя потока по фиг.4;

Фиг.8 - вид с разделением на детали приводного механизма, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.9 - вид в разрезе участка приводного механизма с фиг.8;

Фиг.10 - вид в разрезе приводного вала клапана согласно настоящему изобретению, показанного в сцеплении с приводным механизмом с фиг.8;

Фиг.11 - схема подъемной системы согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.11А - схема подъемной системы согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.12 - вид в разрезе подъемной системы согласно альтернативному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.13 - вид в разрезе подъемной системы согласно другому альтернативному варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.14 - вид в разрезе вращающегося порта распределителя потока, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.15 - вид в разрезе нижней части приводного вала распределителя потока, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16 - вид в разрезе вращающегося порта клапана, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16А - перспективный вид стопорного кольца для уплотнения клапана, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16В - вид в разрезе стопорного кольца по фиг.16А;

Фиг.16С - перспективный вид крепежного кольца для уплотнения клапана, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16D - вид в разрезе крепежного кольца с фиг.16С;

Фиг.16Е - перспективный вид несущей дуги пластины клапана, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16F - вид в разрезе несущей дуги пластины по Фиг.16Е;

Фиг.16G - перспективный вид одного варианта реализации уплотнительного кольца для клапана, пригодного для использования в настоящем изобретении;

Фиг.16Н - вид в разрезе уплотнительного кольца по фиг.16С; и

Фиг.16I - вид в разрезе выемки в уплотнительном кольце с фиг.16G.

Подробное описание изобретения

Хотя большая часть следующего описания иллюстрирует использование подъемной системы согласно настоящему изобретению в связи с переключающим клапаном согласно патенту США №6261092 (описание которого включается сюда в качестве ссылки), отмечено, что изобретение не предполагается ограничивать любым определенным клапаном и оно может применяться в любой клапанной системе, в которой осуществляется уплотнение.

Предполагается ознакомленность с клапаном, описанным в патенте '092. Вкратце, на фиг.1 и 2 показана двухкамерная регенеративная термическая окислительная установка 10 (каталитическая или не каталитическая), опирающаяся на показанную раму 12. Окислительная установка 10 включает корпус 15, в котором находятся первая и вторая теплообменные камеры, сообщающиеся с расположенной в центре зоной сгорания. Горелка (не показана) может быть связана с зоной сгорания, и на раму 12 может быть установлена воздуходувка для подачи к горелке воздуха для горения. Зона сгорания включает обходной выход 14, сообщающийся с вытяжной трубой 16, обычно ведущей в атмосферу. Шкаф управления 11 вмещает средства управления устройством и также предпочтительно располагается на раме 12. Против шкафа управления 11 находится вентилятор (не показан), установленный на раме 12 и предназначенный для подачи технологического газа в окислительную установку 10. Корпус 15 включает верхнюю камеру или кровлю 17, имеющую один или несколько смотровых люков 18, обеспечивающих доступ оператора в корпус 15. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что приведенное выше описание служит только для целей иллюстрации; объему настоящего изобретения соответствуют другие конструкции, включая окислительные установки с большим или меньшим, чем две, количеством камер, окислительные установки с горизонтально ориентированной камерой (камерами) и каталитические окислительные установки. Камера 20 с холодной поверхностью образует основание корпуса 15, как лучше всего показано на фиг.2. На холодной поверхности камеры 20 помещена подходящая опорная решетка 19, которая поддерживает теплообменную основу в каждой теплообменной колонне, как более подробно рассматривается ниже. В показанном варианте реализации теплообменные камеры разделяются делительными стенками 21, которые предпочтительно покрываются изоляцией. Кроме того, в показанном варианте реализации поток, проходящий через теплообменные слои, направлен по вертикали; технологический газ поступает в слои из портов клапана, расположенных в камере 20 с холодной поверхностью, идет вверх (в направлении кровли 17) в первый слой, поступает в зону сгорания, сообщающуюся с первым слоем, выходит из зоны сгорания и поступает во второй слой, где идет вниз через второй слой в направлении камеры 20 с холодной поверхностью. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны иные ориентации, включая компоновку по горизонтали, такую, при которой теплообменные колонны обращены друг к другу и разделены расположенной в центре зоной сгорания.

На фиг.3 показан вид портов 25 клапана снизу. Пластина 28 имеет два противоположных симметричных проема 29А и 29В, которые вместе с перегородками 26 (фиг.2) ограничивают порты 25 клапана. В каждом порте 25 клапана имеется дополнительная поворотная лопатка 27. Каждая поворотная лопатка 27 имеет первый конец, прикрепленный к пластине 28, и второй конец, отнесенный от первого конца и прикрепленный к перегородке 24 на каждой стороне. Каждая поворотная лопатка 25 расширяется по направлению от своего первого конца к своему второму концу, и отходит под углом вверх с последующим переходом в горизонтальное положение в 27А, как показано на фиг.3. Поворотные лопатки 27 служат для того, чтобы направлять поток технологического газа, выходящий из портов клапана, в сторону от портов клапана с целью способствовать его распределению по камере с холодной поверхностью в процессе работы. Равномерное распределение по камере 20 с холодной поверхностью обеспечивает равномерное распределение по теплообменной среде для достижения оптимальной эффективности теплообмена.

На фиг.4 и 4А показан распределитель потока 50, находящийся в трубопроводе 51, имеющем вход 48 для технологического газа и выход 49 для технологического газа (хотя элемент 48 может быть выходом и 49 - входом, для наглядности в данном случае будет использован предыдущий вариант реализации). Распределитель потока 50 включает предпочтительно полый цилиндрический приводной вал 52 (фиг.4А, 5), который соединен с приводным механизмом (детально показан на фиг.8-10). С приводным валом 52 соединяется элемент 53, имеющий форму неполного усеченного конуса. Элемент 53 включает сопряженную пластину, образуемую двумя противоположными уплотнительными поверхностями 55, 56 в форме секторов, каждая из которых соединяется круговой наружной кромкой 54 и отходит наружу от приводного вала 52 под углом 45°, так что проем, ограниченный двумя уплотнительными поверхностями 55, 56 и наружной кромкой 54, образует первый путь или канал 60 для газа. Аналогичным образом второй путь или канал 61 для газа образуется уплотнительными поверхностями 55, 56, расположенными против первого канала, и тремя уголковыми боковыми пластинами 57А, 57В, и центральной уголковой боковой пластиной 57С. Уголковые боковые пластины 57 отделяют канал 60 от канала 61. Верхняя часть этих каналов 60, 61 спроектирована таким образом, чтобы совпадать с конфигурацией симметричных проемов 29А, 29В в пластине 28, и после сборки каждый канал 60, 61 совмещается с соответствующим проемом 29А, 29В. Канал 61 сообщается с единственным входом 48, а канал 60 сообщается с единственным выходом 49 через камеру 47, вне зависимости от ориентации распределителя потока 50 в любой данный момент. Таким образом, технологический газ, поступающий в трубопровод 51 через вход 48, проходит по единственному каналу 61, и технологический газ, поступающий в канал 60 из портов 25 клапана, проходит только через выход 49 по камере 47.

Герметизирующая пластина 100 (фиг.6) сопрягается с пластиной 28, ограничивающей порты 25 клапана (фиг.3). Предпочтительно между верхней поверхностью распределителя 50 потока и уплотнительной пластиной 100 используют газовый затвор, наиболее предпочтительно воздух, как показано более подробно ниже. Распределитель потока может поворачиваться вокруг вертикальной оси посредством приводного вала 52 относительно неподвижной пластины 28. Такое вращение переводит уплотнительные поверхности 55, 56 в положение, закрывающее участки проемов 29А, 29В, и положение, открывающее их.

Теперь первым будет рассмотрен один способ уплотнения клапана со ссылкой на фиг.4, 6 и 7. Распределитель потока 50 скользит на воздушной подушке для того, чтобы свести к минимуму или устранить износ при движении распределителя потока. Специалистам в данной области техники понятна возможность использовать вместо воздуха другой газ, хотя воздух является предпочтительным и будет упоминаться здесь в целях иллюстрации. Воздушная завеса не только уплотняет клапан, но допускает также движение распределителя потока полностью или практически без трения. Напорная система подачи, такая как вентилятор или ему подобное, которая может быть такой же или отличаться от вентилятора, применяемого для подачи воздуха для горения к горелке зоны сгорания, доставляет воздух к приводному валу 52 распределителя 50 потока по подходящему коробу (не показан) и камере 64. Как лучше всего показано на фиг.5 и 7, воздух перемещается от короба в приводной вал 52 через одно или несколько отверстий 81, выполненных в корпусе приводного вала 52 над основанием 82 приводного вала 52, соединенным с приводным механизмом 70. Точное положение отверстия (отверстий) 81 не особенно ограничивается, хотя предпочтительно отверстия 18 симметрично располагаются вокруг вала 52 и для однородности имеют равные размеры. Сжатый воздух протекает по валу вверх, как показано стрелками на фиг.5, и часть его поступает в радиальные каналы 83, сообщающиеся и питающие кольцевое уплотнение, расположенное на кольцевом вращающемся проходе 90, как более подробно показано ниже. Часть воздуха, которая не поступает в радиальные каналы 83, продолжает движение вверх по приводному валу 52 пока не достигнет проходов 94, которые распределяют воздух в канале, имеющем полукруглый участок 95 и участок, ограниченный имеющими форму секторов клиньями 55, 56. Сопрягаемая поверхность распределителя 50 потока, в частности сопрягаемые поверхности имеющих форму секторов клиньев 55, 56 и наружной кольцевой кромки 54, выполнена со множеством отверстий 96, как показано на фиг.4. Сжатый воздух из канала 95 выходит из канала 95 через эти отверстия 96, как показано стрелками на фиг.5, и создает воздушную подушку между верхней поверхностью распределителя 50 потока и неподвижной уплотнительной пластиной 100, показанной на фиг.6. Уплотнительная пластина 100 включает кольцевую наружную кромку 102, имеющую ширину, соответствующую ширине верхней поверхности 54 распределителя 50 потока, и пару имеющих форму секторов клиньев 105, 106, совпадающих по форме с имеющими форму секторов клиньями 55, 56 распределителя потока 50. Она соответствует (и соединяется) с пластиной 28 (фиг.3) порта клапана. Через отверстие 104 пропущен штырь вала 59 (фиг.5), соединенный с распределителем 50 потока. Нижняя сторона кольцевой наружной кромки 102, обращенная к распределителю потока, включает один или несколько кольцевых пазов 99 (фиг.6А), которые совмещаются с отверстиями 96 сопрягаемой поверхности распределителя 50 потока. Предпочтительно имеются два концентрических ряда пазов 99 и два соответствующих ряда отверстий 96. Таким образом, пазы 99 способствуют выходу воздуха из отверстий 96 на верхней поверхности 54 для образования воздушной подушки между сопрягаемой поверхностью 54 и кольцевой наружной кромкой 102 уплотнительной пластины 100. Кроме того, воздух, выходящий из отверстий 96 в имеющих форму секторов участках 55, 56, образует воздушную подушку между имеющими форму секторов участками 55, 56 и имеющими форму секторов участками 105, 106 уплотнительной пластины 100. Эти воздушные подушки сводят к минимуму или предотвращают утечку неочищенного технологического газа в поток чистого технологического газа. Относительно большие имеющие форму секторов клинья как распределителя 50 потока, так и распределителя 100 потока образуют длинный путь через верхнюю часть распределителя 50 потока, который необходимо пройти неочищенному технологическому газу для того, чтобы произошла утечка. Поскольку распределитель 50 потока неподвижен в течение большей части периода работы, непроницаемая воздушная подушка создается между всеми сопрягаемыми поверхностями клапана.

Предпочтительно сжатый воздух подается от вентилятора, отличающегося от того, который подает технологический газ к устройству, в котором используется клапан, так что давление уплотнительного воздуха выше давления технологического газа на входе или выходе, образуя таким образом положительное уплотнение.

Распределитель 50 потока включает вращающийся порт, который лучше всего виден на фиг.7 и 14. Имеющая форму усеченного конуса часть 53 распределителя 50 потока поворачивается относительно кольцевой цилиндрической стенки 110, которая служит наружным кольцевым уплотнением. Стенка 110 включает наружный кольцевой фланец 111, применяемый для центровки стенки 110 и скрепления ее с трубопроводом 51 (см. также фиг.4). Е-образный элемент 116 внутреннего кольцевого уплотнения (предпочтительно выполненный из металла) соединяется с распределителем 50 потока и содержит пару разделенных промежутком параллельных пазов 115А, 115В, выполненных в нем. Как показано, в паз 115А вставлено поршневое кольцо 112А, а в паз 115В - поршневое кольцо 112В. Каждое поршневое кольцо 112 прижимается к стенке 110 наружного кольцевого уплотнения и остается неподвижным даже при вращении распределителя 50 потока. Сжатый воздух (или газ) проходит через радиальные каналы, как показано стрелками на фиг.14, через отверстия 84, сообщающиеся с каждым радиальным каналом 83, и в канал 119 между поршневыми кольцами 112А, 112В, а также в зазор между каждым поршневым кольцом 112 и внутренним кольцевым уплотнением 116. Когда распределитель потока поворачивается относительно неподвижной цилиндрической стенки 110 (и поршневых колец 112А, 112В), воздух в канале 119 уплотняет пространство между двумя поршневыми кольцами 112А, 112В, создавая сплошное и не вызывающее трения уплотнение. Зазор между поршневыми кольцами 112 и внутренним поршневым уплотнением 116, и зазор 85 между внутренним поршневым уплотнением 116 и стенкой 110 воспринимает любое перемещение (осевое или иное) в приводном валу 52, связанное с тепловым расширением или иными факторами. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что хотя здесь показано уплотнение с двумя поршневыми кольцами, возможно также применение двух или более поршневых колец для дополнительного уплотнения. Для уплотнения может использоваться положительное или отрицательное давление.

На фиг.15 показано, каким образом камера 64, питающая вал 52 сжатым воздухом, уплотняется относительно приводного вала 52. Уплотнение выполнено способом, подобным вращающемуся порту, рассмотренному выше, за исключением того, что уплотнения не находятся под давлением и требуется использовать только одно поршневое кольцо для каждого уплотнения выше и ниже камеры 64. Например, при использовании уплотнения выше камеры 64 в нем формируют С-образное внутреннее кольцевое уплотнение 216 путем вытачивания центрального паза. Неподвижная кольцевая цилиндрическая стенка 210, которая служит наружным кольцевым уплотнением, включает наружный кольцевой фланец 211, применяемый для центровки стенки 210 и ее крепления к камере 64. Неподвижное поршневое кольцо 212 вставлено в паз, выполненный в С-образном внутреннем кольцевом уплотнении 216 и прижимается к стенке 210. Зазор между поршневым кольцом 212 и каналом С-образного внутреннего уплотнения 216, так же как зазор между С-образным внутренним уплотнением 216 и наружной цилиндрической стенкой 210 воспринимает любое перемещение приводного вала 52, связанное с тепловым расширением и тому подобным. Аналогичная цилиндрическая стенка 310, С-образное внутреннее уплотнение 316 и поршневое кольцо 312 используются с противоположной стороны камеры 64, как показано на фиг.15.

Альтернативный вариант реализации уплотнения показан на фиг.16-16I и показан в одновременно находящейся на рассмотрении патентной заявке США №09/849785, описание которой включается сюда в качестве ссылки. Во-первых, на фиг.16 контровочное кольцевое уплотнение 664, предпочтительно выполненное из углеродистой стали, показано прикрепленным ко вращающемуся узлу 53. Контровочное кольцевое уплотнение 664 предпочтительно является разрезным кольцом, как показано в перспективном виде на фиг.16А, и имеет разрез, показанный на фиг.16В. Разрез кольца облегчает его установку и удаление. Контровочное кольцевое уплотнение 664 может быть прикреплено ко вращающемуся узлу 53 винтом с головкой 140, хотя возможно использование для крепления кольца 664 других подходящих средств. Предпочтительно вращающийся узел включает паз для правильного позиционирования контровочного кольцевого уплотнения.

Напротив контровочного кольцевого уплотнения 664 находится установочное кольцо 091, которое лучше всего показано на фиг.16С и 16D. Установочное кольцо 091 также соединяется с вращающимся узлом 53 винтом с головкой 140', а паз для правильного позиционирования установочного кольца 091 выполнен во вращающемся узле.

В показанном варианте реализации, где вращающийся узел вращается вокруг вертикальной оси, вес кольцевого уплотнения 658 может привести к износу при его скольжении по установочному кольцу 091. Для того чтобы уменьшить или исключить такой износ, установочное кольцо 663 изготавливают с выступом 401, выполненным по всей окружности и предпочтительно размещенным в центре, как лучше всего показано на фиг.16D. Дополнительная несущая пластину дуга 663 имеет паз 402 (фиг.16Е, 16F), совпадающий по форме и расположению с выступом 401, и накладывается на установочное кольцо 091 в сборе, показанном на фиг.16. Несущая пластину дуга 663 предпочтительно изготавливается из материала, отличающегося от кольцевого уплотнения 658 с целью облегчения его функционирования в качестве опоры. К подходящим материалам относятся бронза, керамика или иной металл, отличающийся от металла, используемого в качестве материала для кольцевого уплотнения 658.

Между контровочным кольцевым уплотнением 664 и дугой 663 размещается кольцевое уплотнение 658. Как показано на фиг.16С и 16Н, кольцевое уплотнение имеет 658 радиальную прорезь 403, выполненную по его окружности. На одном краю кольцевого уплотнения 658 радиальная прорезь 403 оканчивается кольцевой полукруглой конфигурацией, так что когда кольцевое уплотнение 658 примыкает к корпусу 659 кольцевого уплотнения, образуется распределительный паз 145, как показано на фиг.16. С другой стороны, возможно использование более чем одной радиальной прорези 403. В показанном варианте реализации кольцевое уплотнение 658 имеет также просверленное отверстие 404, сообщающееся и перпендикулярное радиальной прорези 403. Путем наддува в это отверстие 404 создается противовес, препятствующий кольцевому уплотнению 658 перемещаться вниз под воздействием собственного веса. При иной ориентации клапана, такой как при повороте на 180°, отверстие 404 может быть выполнено в верхней части кольцевого уплотнения 658. С другой стороны, в верхней или нижней частях, или в обеих возможно использование более чем одного отверстия 404. При изменении ориентации, например, на 90° не потребуется никакого противовеса. Поскольку кольцевое уплотнение 658 остается неподвижным и корпус неподвижен, уплотнение необязательно должно быть круглым; подходят другие формы, включая овальные и восьмиугольные. Кольцевое уплотнение может быть выполнено как одно целое или же может состоять из двух или более частей.

Кольцевое уплотнение 658 прижимается к корпусу 659 кольцевого уплотнения и остается неподвижным даже тогда, когда распределитель 50 потока (и кольцевое уплотнение 654, несущая пластину дуга 663 и установочное кольцо 091) поворачивается. Сжатый воздух (или газ) проходит через радиальные каналы 83, как показано стрелками на фиг.16, и поступает в радиальную прорезь 403 и просверленное отверстие 404, так же как в распределительный паз 145 между кольцевым уплотнением 658 и корпусом 659, и в зазор между контровочным кольцевым уплотнением 664 и корпусом 659, и в зазоры между дугой 663 и корпусом 659 и установочным кольцом 091 и корпусом 659. При повороте распределителя потока относительно неподвижного корпуса 659 (и неподвижного кольцевого уплотнения 658) воздух в этих зазорах уплотняет эти пространства, создавая сплошное и не создающее трения уплотнение. Распределительный паз 145 разделяет наружную поверхность кольцевого уплотнения 658 на три зоны, две примыкающих к просверленному отверстию, и центральная зона положительного давления.

При использовании узла с единственным кольцевым уплотнением устраняются усилия, которые толкают или тянут уплотнения с двойными поршневыми кольцами, разделяя их. Кроме того, экономия достигается за счет уменьшения количества деталей, и единственное кольцо может быть выполнено из материала большего поперечного сечения и, таким образом, может быть выполнено из более стабильных по размерам компонентов. Кольцо может быть разрезано на две половины с тем, чтобы облегчить его установку и замену. В заглубленные отверстия 405 (фиг.16I) в разрезе могут быть помещены пружины сжатия или иные отжимающие средства с целью приложения направленного наружу усилия кольца к просверленному отверстию.

На фиг.15 показано, каким образом камера 64, питающая вал 52 сжатым воздухом, герметизируется относительно приводного вала 52. Уплотнение выполнено способом, подобным вращающемуся порту, рассмотренному выше, за исключением того, что уплотнения не находятся под давлением и требуется использовать только одно поршневое кольцо для каждого уплотнения выше и ниже камеры 64. Например, при использовании уплотнения выше камеры 64 в нем формируют С-образное внутреннее кольцевое уплотнение 216 путем вытачивания центрального паза. Неподвижная кольцевая цилиндрическая стенка 210, которая служит наружным кольцевым уплотнением, включает наружный кольцевой фланец 211, применяемый для центровки стенки 210 и ее крепления к камере 64. Неподвижное поршневое кольцо 212 вставлено в паз, выполненный в С-образном внутреннем кольцевом уплотнении 216 и прижимается к стенке 210. Зазор между поршневым кольцом 212 и каналом С-образного внутреннего уплотнения 216, так же как зазор между С-образным внутренним уплотнением 216 и наружной цилиндрической стенкой 210 воспринимает любое перемещение приводного вала 52, связанное с тепловым расширением и тому подобным. Аналогичная цилиндрическая стенка 310, С-образное внутреннее уплотнение 316 и поршневое кольцо 312 используются с противоположной стороны камеры 64, как показано на фиг.15.

На фиг.8 и 9 представлены детали подходящего приводного механизма распределителя потока. Пневмоцилиндр 800 устанавливают под основанием 802 привода и соединяют с ним, например, резьбовыми шпильками, которые крепятся ко втулке 805, в которую помещен подшипник 806. Основание 802 поддерживает также датчик зазора 803, установленный, как показано, на кронштейне 804, а противоположные зубчатые рейки опираются на кронштейны 807А, 807В. Управляющий вал 808 вставлен в подшипник 806. Прямозубое зубчатое колесо 809 имеет центральное отверстие, в которое вставляют вал 808 для вращения зубчатого колеса. С противоположных сторон зубчатого колеса 809 помещены две зубчатые рейки 810, каждая из которых имеет множество зубцов, которые совмещаются с зубцами прямозубого зубчатого колеса 809 при условии правильной установки относительно колеса. Каждая зубчатая рейка 810 прикрепляется посредством подходящих соединений к соответствующему пневмоцилиндру 812 для приведения реек в действие.

Далее со ссылкой на фиг.11 будет описано срабатывание силы действия или противодействия, применяемой согласно настоящему изобретению для получения в результате движения клапана без трения или практически без трения. Воздушный баллон 450 содержит сжатый воздух, предпочтительно не меньше 80 фунтов. Воздушный баллон 450 сообщается с цилиндрами 812 приводного механизма, которые перемещают клапан вперед и назад, как описано выше. Приведением цилиндров 812 в действие управляет соленоид 451. Воздушный баллон 450 (или иной воздушный баллон) подает также, как показано, сжатый воздух в регулятор низкого давления 460 и в регулятор высокого давления 461. Регуляторы 460, 461 сообщаются с переключателем 465, которым предпочтительно является соленоид. Соленоид переключает давление питающего воздуха между двумя регуляторами. В качестве средства безопасности может использоваться дополнительный клапан 467 аварийного сброса. В случае, например, перебоя в питании клапан 467 аварийного сброса заблокирует поток сжатого воздуха, применяемый для уплотнения клапана, заставляя клапан опуститься и открыть таким образом магистрали, так чтобы не допустить избыточного накопления тепла в любом пласте регенеративной окислительной установки. Манометр 468, датчик давления и предохранительный переключатель низкого давления также могут использоваться для отслеживания давления и снижения давления в качестве меры безопасности на случай аварии.

При работе в связи с регенеративной термической окислительной установкой распределитель 50 потока в течение большей части времени (напр. около 3 минут) находится в стационарном уплотнительном положении и находится в режиме движения только во время циклического изменения (напр. около 3 секунд). В стационарном положении через регулятор высокого давления 461, клапан 465 и приводной вал 52 прилагают относительно высокое давление с целью уплотнения распределителя потока относительно седла клапана (т.е. уплотнительной пластины 100). Приложенное давление должно быть достаточным для противодействия весу распределителя потока и для его уплотнения относительно седла клапана. Перед перемещением клапана, примерно за 2-5 секунд, соленоид 465 переключается с подачи воздуха от регулятора высокого давления 461 на подачу воздуха от регулятора низкого давления 460, снижая таким образом давление, приложенное к распределителю потока (через приводной вал 52), и позволяя распределителю потока «скользить» для последующего перемещения в его следующую позицию без трения или практически без трения. Сразу после достижения следующей позиции соленоид 465 переключается назад с подачи воздуха от регулятора низкого давления на подачу воздуха от регулятора высокого давления и давление, достаточное для повторного уплотнения клапана, подается через приводной вал 52.

Конкретные значения давления, приложенного регуляторами низкого и высокого давления, частично зависят от размеров распределителя давления и легко могут определяться специалистами в данной области техники. В качестве иллюстрации можно указать, что для клапана, способного работать с расходом 6000 куб.фут/мин, обнаружена возможность применения низкого давления порядка 15 фунт/кв.дюйм и высокого (герметизирующего) давления порядка 40 фунт/кв.дюйм. Для клапана, способного работать с расходом 10000-15000 куб.фут/мин, обнаружена возможность применения низкого давления порядка 28 фунт/кв.дюйм и высокого давления порядка 50 фунт/кв.дюйм. Для клапана, способного работать с расходом 20000-30000 куб.фут/мин, обнаружена возможность применения низкого давления порядка 42 фунт/кв.дюйм и высокого давления порядка 80 фунт/кв.дюйм. Для клапана, способного работать с расходом 35000-60000 куб.фут/мин, обнаружена возможность применения низкого давления порядка 60 фунт/кв.дюйм и высокого давления порядка 80 фунт/кв.дюйм.

В другом варианте реализации настоящего изобретения для подачи подходящего давления на приводной вал 52 с целью уплотнения и разуплотнения клапана 50 используется аналоговая система. Например, как показано на фиг.11А, когда клапан находится в уплотненном положении, сигнал может быть направлен на датчик давления, сообщающийся с регулятором, таким как электропневматический регулятор давления 700, предпочтительно помещенный в обогреваемом кожухе. Это заставляет регулятор 700 приложить определенное давление с целью уплотнения распределителя 50 потока. При перемещении распределителя давления или непосредственно перед ним датчик давления дает команду регулятору 70 снизить или снять уплотняющее давление таким образом, чтобы распределитель 50 потока мог двигаться без контакта с уплотнительной пластиной 100. Таким образом регулятор регулирует давление отходящего воздуха, основываясь на управляющем сигнале, который позволяет выдавать давление воздуха в диапазоне от нуля до 100%. Если управляющий сигнал снимается (например, сводится к нулю), то регулятор снижает до нуля давление на выходе, заставляя распределитель потока опуститься и нарушить уплотнение одной камеры от другой.

Величина давления, приложенного как для подъема и уплотнения распределителя 50 давления, так и для опускания и разуплотнения распределителя 50 давления может контролироваться посредством программируемого логического контроллера (PLC), сообщающегося с датчиком давления. Это способствует повышению гибкости, поскольку точное значение давления, которое должно быть приложено, может быть введено в зависимости от обстоятельств. Например, при более низком расходе газа, проходящего через окислительную установку, для уплотнения клапана может потребоваться меньшее давление. PLC может изменить величину давления, приложенного для уплотнения клапана, основываясь на различных режимах работы. Эти режимы работы могут направляться или распознаваться PLC и могут постоянно или непрерывно отслеживаться и регулироваться со временем. Например, давление может быть снижено при режиме «прогрева» для того, чтобы позволить клапану легко расширяться во время работы при высокой температуре. Кроме того, давление может быть снижено или повышено на основании изменений расхода газа при его прохождении через окислительную установку. Это может быть сделано с целью компенсации аэродинамических характеристик клапана (например, его тенденции к подъему или падению под воздействием давления воздуха). Возможно также, что при более низком расходе потребуется высокое уплотняющее давление. Этому варианту реализации присущ также признак безопасности, поскольку в случае внезапного падения или полного прекращения расхода датчик давления может немедленно снизить уплотняющее давление до нуля, что вызывает падение 50 клапана. Величина приложенного давления также может дистанционно отслеживаться и вводиться.

На фиг.12 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации настоящего изобретения. В этом варианте реализации в приводном вале 52 распределителя потока 50 постоянно прилагается уплотняющее давление, а усилие противодействия используется для коррекции уплотняющего давления во время перемещения клапана. В показанном варианте реализации это усилие противодействия прилагается следующим образом. В уплотнительной пластине 100 выполняют кольцевую полость или паз 490 (показанный в поперечном разрезе). Кольцевой паз 490 сообщается, через порт 491, со сжатым воздухом из источника 495. При перемещении клапана или непосредственно перед ним (например, за 0,5 секунд) включается соленоид, и сжатый воздух направляют через клапан 494 регулирования потока в кольцевой паз 490 через порт 491. Достаточное давление прилагается и распределяется по верхней части клапана посредством паза 490 для коррекции уплотняющего давления, отжимающего клапан в закрытое положение. Это создает зазор между уплотнительной пластиной 100 и верхней частью распределителя 50 потока, так что во время перемещения распределитель потока и уплотнительная пластина не соприкасаются между собой. После завершения перемещения поток воздуха в кольцевом пазу уменьшается или прекращается до следующего цикла. В результате высокое уплотняющее давление вновь уплотняет распределитель давления относительно уплотнительной пластины. Специалисты в данной области техники легко определять давление, необходимое для коррекции высокого уплотняющего давления.

Дополнительно сжатый воздух, применяемый для усилия противодействия, может использоваться для охлаждения подшипника 409 приводного вала. С этой целью показан контур охлаждения, который подает сжатый воздух к подшипнику 409 через клапан 494' регулирования потока.

Возможно использование альтернативных способов приложения усилия противодействия с целью преодоления высокого уплотняющего усилия, которые входят в объем настоящего изобретения. Например, на фиг.13 проиллюстрирован цилиндр 620, позиционированный таким образом, что при его приведении в действие распределитель 50 потока отжимается от уплотнительной пластины 100. Таким образом, цилиндр 620 может быть прижат к штырю 59 (фиг.5) центральной оси распределителя 50 потока с усилием, достаточным для противодействия усилию высокого уплотняющего давления во время перемещения клапана. После установки распределителя потока в новое положение цилиндр может быть отведен до следующего цикла.

Еще в одном варианте реализации возможно использование магнитных сил как для перевода распределителя потока в положение уплотнения с уплотнительной пластиной 100, так и для вывода его из положения уплотнения при перемещении клапана. Например, электромагнит, установленный в уплотнительной пластине 100, может включаться для запирания клапана и отключаться во время перемещения клапана, чтобы позволить распределителю потока опуститься из положения уплотнения с герметизирующей пластиной для перемещения без трения.

Как было указано ранее, настоящее изобретение может использоваться с другими клапанами, в которых для уплотнения используется воздух или другой газ. Например, тарельчатые клапаны могут прижиматься к седлу клапана подъемным цилиндром, сходным с приводным валом 52. Величина давления, применяемого для уплотнения клапана, может регулироваться с помощью системы, являющейся предметом настоящего изобретения, в зависимости от условий реализации процесса. Таким образом, в случае конкретной регенеративной термической окислительной установки, если расход технологического газа ниже нормального, давление, применяемое для уплотнения тарельчатого клапана, может быть снижено (по сравнению с тем, которое необходимо при более высоком расходе технологического газа), обеспечивая при этом достаточное уплотнение. Это может способствовать продлению срока службы тарельчатого клапана за счет снижения износа.

Изобретение относится к арматуростроению и предназначена для использования в регенеративной термической окислительной установке. Способ перемещения клапана из первого стационарного положения во второе стационарное положение содержит клапан и седло клапана. Клапан приспособлен для уплотнения относительно седла клапана. Уплотнение клапана осуществляется путем приложения усилия для смещения клапана в направлении седла клапана. Клапан находится в первом стационарном положении. Снижают действие указанного усилия в степени, достаточной для нарушения указанного уплотнения. Происходит перемещение клапана во второе стационарное положение. Возобновляют действие усилия для уплотнения клапана относительно седла клапана, когда клапан находится во втором стационарном положении. Имеются устройство для снижения трения во время перемещения клапана и установка, содержащая такой клапан. Изобретение позволяют повысить надежность уплотнения клапана и уменьшить его износ. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 28 ил.

1. Способ перемещения клапана из первого стационарного положения во второе стационарное положение, содержащий:

обеспечение клапана и седла клапана, при этом клапан приспособлен для уплотнения относительно седла клапана;

уплотнение клапана относительно седла клапана путем приложения усилия для смещения клапана в направлении седла клапана, когда клапан находится в первом стационарном положении;

снижение действия указанного усилия в степени, достаточной для нарушения указанного уплотнения;

перемещение клапана во второе стационарное положение;

возобновление действия усилия для уплотнения клапана относительно седла клапана, когда клапан находится во втором стационарном положении.

распределитель потока;

седло клапана;

привод, связанный с распределителем потоками, предназначенный для перемещения распределителя потока из первого стационарного положения во второе стационарное положение;

источник сжатого газа, который сообщается с распределителем потока;

первый регулятор, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под первым давлением, достаточным для уплотнения распределителя потока относительно седла клапана, когда распределитель потока находится или в первом, или во втором стационарном положении; и

второй регулятор, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под вторым давлением меньшим, чем первое давление, когда распределитель потока перемещается между первым и вторым стационарными положениями.

обеспечение клапана и седла клапана, при этом клапан приспособлен для уплотнения относительно седла клапана;

обеспечение подачи сжатого газа;

смещение клапана в направлении седла клапана для уплотнения клапана, когда клапан находится в первом стационарном положении, путем подачи к клапану сжатого газа под первым давлением, достаточным для создания указанного уплотнения;

нарушение уплотнения путем подачи сжатого газа в клапан под вторым давлением меньшим, чем первое давление;

перемещение клапана во второе стационарное положение; и

смещение клапана в направлении седла клапана для уплотнения клапана, когда клапан находится во втором стационарном положении, путем подачи к клапану сжатого газа под третьим давлением, достаточным для создания уплотнения.

распределитель потока;

седло клапана;

привод, связанный с распределителем потока, и предназначенный для перемещения распределителя потока из первого стационарного положения во второе стационарное положение;

источник сжатого газа, который сообщается с распределителем потока;

регулятор давления, предназначенный для подачи сжатого газа в распределитель потока под первым давлением, достаточным для уплотнения распределителя потока относительно седла клапана, когда распределитель потока находится или в первом, или во втором стационарном положении, и для подачи сжатого газа в распределитель потока под вторым давлением меньшим, чем первое давление, когда распределитель потока перемещается между первым и вторым стационарными положениями.

зону сгорания;

вытяжку;

первый теплообменный слой, содержащий теплообменную среду, и сообщающийся с зоной сгорания и с вытяжкой;

второй теплообменный слой, содержащий теплообменную среду, и сообщающийся с зоной сгорания и с вытяжкой;

по меньшей мере один клапан, предназначенный для переключения между первым стационарным режимом, пропускающим поток газа в первый теплообменный слой, режимом перемещения и вторым стационарным режимом, пропускающим поток газа во второй теплообменный слой, причем клапан содержит привод клапана и седло клапана;

средство для уплотнения клапана относительно седла клапана, когда клапан находится в первом или втором стационарных режимах; и

средство для разуплотнения клапана, когда клапан находится в режиме перемещения.